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¿Qué es PLA?
El ácido poliláctico o poliactida (PLA) es un poliéster biodegradable y bioactivo compuesto por componentes básicos de ácido láctico. Fue descubierto por primera vez en 1932 por Wallace Carothers al calentar el ácido láctico al vacío mientras se eliminaba el agua condensada. En sus inicios, solo se producía PLA de baja densidad. Al utilizar lactida como materia prima y a través del proceso de polimerización por apertura de anillo, finalmente se desarrolló una versión de alta densidad de PLA.
Las primeras aplicaciones del PLA de alta densidad se limitaban principalmente a áreas biomédicas debido a su capacidad para ser absorbido biológicamente de manera segura. En las últimas décadas, el desarrollo de métodos de producción económicos y una creciente conciencia ambiental por parte de los consumidores llevaron al uso generalizado del PLA como material de envasado para bienes de consumo. El PLA se fabrica a partir de fuentes renovables y es compostable, lo que aborda los problemas de eliminación de residuos sólidos y reduce nuestra dependencia de las materias primas derivadas del petróleo. Actualmente es el segundo bioplástico más producido y consumido en el mundo en términos de volumen.
Tabla de propiedades del PLA
| Nombre completo | Ácido poliláctico (PLA) |
| Punto de fusión | 150 a 160 °C (302 a 320 °F) |
| Transición vítrea | 60-65 °C |
| Temperatura del molde de inyección | 178 a 240 °C (353 a 464 °F) |
| Densidad | 1,210–1,430 g·cm−3 |
| Fórmula química | (C3H4O2)n |
| Cristalinidad | 37% |
| Módulo de tracción | 2,7–16 GPA |
| Solubilidad | Disolventes clorados, benceno caliente, tetrahidrofurano y dioxano (no soluble en agua). |
¿Cómo se fabrica el PLA?
El PLA es un poliéster (polímero que contiene el grupo éster) elaborado con dos posibles monómeros o componentes básicos: ácido láctico y lactida. El ácido láctico se puede producir mediante la fermentación bacteriana de una fuente de carbohidratos en condiciones controladas. En la producción a escala industrial de ácido láctico, la fuente de carbohidratos elegida puede ser almidón de maíz, raíces de mandioca o caña de azúcar, lo que hace que el proceso sea sostenible y renovable.
Es posible producir PLA mediante la condensación directa de ácido láctico. Sin embargo, este proceso suele dar como resultado un PLA de baja densidad, menos deseado. Para producir PLA de alta densidad, el ácido láctico se calienta en presencia de un catalizador ácido para formar lactida cíclica. En presencia de catalizadores metálicos, la lactida se somete a un proceso de polimerización por apertura de anillo para formar PLA de alta densidad.
Se están realizando investigaciones para encontrar métodos aún más ecológicos y económicos de producir PLA. Además, los propios productos agrícolas, residuos de cultivos como tallos, paja, cáscaras y hojas, se pueden procesar y utilizar como fuentes alternativas de carbohidratos. Los residuos que no se pueden fermentar se pueden utilizar como fuente de calor para reducir el uso de hidrocarburos derivados de combustibles fósiles.
Ventajas del PLA
Una de las principales ventajas del PLA es su naturaleza biodegradable y el proceso sostenible mediante el cual se fabrica, lo que lo convierte en la opción de plástico más respetuosa con el medio ambiente. En las circunstancias adecuadas, el PLA puede descomponerse en sus elementos naturales en menos de un mes, a diferencia de los siglos que tardan en descomponerse los plásticos tradicionales. El PLA es especialmente adecuado para aplicaciones con una vida útil corta, como en botellas de agua y recipientes para alimentos.
El proceso de fabricación del PLA también es más respetuoso con el medio ambiente. Además de utilizar materias primas renovables, la emisión de gases de efecto invernadero durante la producción también es menor. Como el dióxido de carbono se consume durante el crecimiento del maíz, la emisión neta de gases de efecto invernadero del proceso general de producción de PLA puede incluso considerarse negativa. Los estudios en curso sobre el uso de fuentes alternativas de carbohidratos, como los desechos agrícolas y domésticos, incluso sugieren que la producción de PLA puede conducir a una disminución de los desechos sólidos en general.
El PLA es un termoplástico, lo que significa que se convierte en líquido en su punto de fusión de 150 a 160 grados Celsius. Una característica ingeniosa de los termoplásticos es que se pueden calentar, endurecer al enfriarse y recalentar nuevamente para formar otras formas sin ninguna degradación. Por el contrario, un plástico termoendurecible (como el epoxi o la melamina) solo se puede calentar y moldear una vez, pero el producto resultante ya no se puede recalentar porque simplemente se quemaría. Esta propiedad del PLA lo convierte en un material deseable para el reciclaje.
El PLA se puede descomponer en sus monómeros originales mediante un proceso de despolimerización térmica o por hidrólisis. La solución de monómero resultante se puede purificar y utilizar para la posterior producción de PLA sin ninguna pérdida de calidad. Si se incinera un material elaborado con PLA, no se generarán humos tóxicos.
Desventajas del PLA
La facilidad con la que se funde el PLA lo convierte en un material con el que es fácil trabajar. Sin embargo, esto también hace que el PLA no sea adecuado para aplicaciones de alta temperatura, como recipientes diseñados para contener líquidos calientes. Un material fabricado con PLA puede incluso mostrar signos de ablandamiento o deformación en un día caluroso de verano.
El PLA todavía se considera inferior al tereftalato de polietileno (PET) para aplicaciones de almacenamiento de alimentos a largo plazo debido a problemas de permeabilidad con el PLA. Se ha descubierto que el material de envasado de PLA es más permeable a la humedad y al oxígeno en comparación con otros plásticos, lo que puede provocar un deterioro más rápido de los alimentos. Las aplicaciones en las que la dureza y la resistencia al impacto son fundamentales también pueden ser inadecuadas para el PLA, que es más frágil.
¿Qué materiales se pueden fabricar con PLA?
El PLA se puede procesar mediante extrusión, moldeo por inyección, fundición, película soplada, termoformado e hilado de fibras para formar productos útiles y versátiles. Normalmente se encuentra disponible en el mercado en forma de películas delgadas para termoformado, gránulos de plástico para moldeo por inyección o filamentos para impresión 3D. Hay una variedad de colores de PLA disponibles.
Se han desarrollado versiones más resistentes del PLA mezclando diferentes isómeros de PLA, lo que da como resultado una temperatura de fusión más alta (de 40 a 50 grados Celsius) y una mayor resistencia mecánica. Esta versión mejorada ha tenido una amplia gama de aplicaciones, como recipientes aptos para microondas y plásticos de ingeniería. Las aplicaciones a corto plazo, como recipientes para alimentos, botellas de agua y cubiertos desechables, son un uso popular del PLA. Una película de PLA se encoge al calentarse, lo que la convierte en un material deseable para envoltorios retráctiles.
Los comentarios de las empresas que utilizan PLA como material para envases de alimentos indican la preferencia por el PLA debido a su mayor estética, mejor capacidad de impresión, buena resistencia a grasas y aceites y menores problemas de transferencia de sabor y olor.
El PLA se utiliza ampliamente en el campo médico debido a su capacidad de degradarse en ácido láctico no tóxico. Se han fabricado implantes médicos, como tornillos, varillas, clavos y mallas, utilizando PLA. Dentro del cuerpo del paciente, estos implantes se descomponen por completo en un período de entre 6 meses y 2 años, lo que elimina la necesidad de realizar más cirugías.
El PLA se puede extruir en fibras delgadas con una resistencia mecánica significativa. Estas fibras de PLA se han utilizado para fabricar ropa deportiva informal, material de tapicería, productos de higiene y pañales.
El PLA es uno de los dos plásticos más utilizados en la impresión 3D (el otro es el acrilonitrilo butadieno estireno o ABS). En concreto, el PLA se utiliza mucho en la impresión 3D mediante fabricación con filamentos fundidos, donde los sólidos de PLA se encierran en molduras similares al yeso para formar moldes que se pueden rellenar con metal fundido. Esta es una técnica conocida como “fundición de PLA perdido”
¿Cuál es el futuro del EPL?
El desarrollo de procesos más económicos y respetuosos con el medio ambiente para la fabricación del PLA debería dar lugar a una reducción de su precio en el mercado, lo que llevaría a una aplicación más generalizada. A ello contribuirá también una creciente base de consumidores conscientes del medio ambiente. Los problemas de permeabilidad, fragilidad y baja temperatura de fusión deberán abordarse mediante más investigaciones, pero es seguro decir que el PLA seguirá sustituyendo a los plásticos derivados del petróleo en los materiales de envasado de productos farmacéuticos y alimentarios en el futuro.
Advertencia: las impresoras 3D nunca deben dejarse sin supervisión, ya que pueden suponer un riesgo de incendio.